DE102013009431B4 - Fahrzeug-Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem (1), mit:einem Brennstoffgasbehälter (3),einem Brennstoffzellenstack (2), wobei der Brennstoffzellenstack (2) vom luftgekühlten Typ ist, bei dem Luft mit einem Druck nahe dem Atmosphärendruck sowohl als Reaktionsgas als auch als Kühlmittel verwendet wird,einem Brennstoffgas-Zuführweg (4), der konfiguriert ist, um ein Brennstoffgas von dem Brennstoffgasbehälter (3) zu dem Brennstoffzellenstack (2) zuzuführen,einem Primär-Dekompressionsventil (5), das in dem Brennstoffgas-Zuführweg (4) angeordnet ist,einem Sekundär-Dekompressionsventil (6), das in dem Brennstoffgas-Zuführweg (4) an einer stromabwärtigen Seite des Primär-Dekompressionsventils (5) angeordnet ist,wobei das Sekundär-Dekompressionsventil (6) mit dem Brennstoffzellenstack (2) integriert ist,einem ersten Abschaltventil (23), das in dem Brennstoffgaszuführweg (4) an einer stromaufwärtigen Seite des Primär-Dekompressionsventils (5) angeordnet ist, und einem zweiten Abschaltventil (29), das an einer Brennstoffgas-Einlasseite des Sekundär-Dekompressionsventils (6) angeordnet ist, undeiner Steuervorrichtung (30), die das zweite Abschaltventil (29) bei einem Abschaltvorgang des Brennstoffzellenstacks (2) vor dem ersten Abschaltventil (23) schließt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem und insbesondere auf ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem, bei dem ein Druckabfall von Brennstoffgas, das einem an einem Fahrzeug angebrachten Brennstoffzellenstack zugeführt wird, verhindert werden kann.
  • HINTERGRUND
  • Ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem umfasst solche eines wassergekühlten Typs und eines luftgekühlten Typs. Das Brennstoffzellensystem des luftgekühlten Typs besitzt einen einfacheren Aufbau im Vergleich zu dem Brennstoffzellensystem des wassergekühlten Typs, so dass es für ein Fahrzeug geringer Größe geeignet ist. In einem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem nach dem Stand der Technik sind ein Brennstoffgas-Zuführrohrteil zum Zuführen von Wasserstoff, welches das Brennstoffgas ist, von einem Brennstoffgasbehälter zu einer Brennstoffzelle, ein Behälter, welcher durch die Brennstoffzelle erzeugtes Wasser aufnimmt, ein Austragrohrteil, das das erzeugte Wasser der Brennstoffzelle zu dem Behälter leitet, und ein Austragventil, das das erzeugte Wasser in dem Behälter austrägt, in dem Behälter so aufgenommen, dass das System hinsichtlich der Größe verringert ist (siehe JP 2008 - 130329A ). Außerdem ist in einem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem nach dem Stand der Technik ein Abschaltventil zum Abschalten der Strömung des Brennstoffgases an einer Gasrohrleitung angeordnet, die mit einer Gasverbrauchsvorrichtung wie einer Brennstoffzelle verbunden ist. Wenn die Gasverbrauchsvorrichtung abgeschaltet wird, wird das Abschaltventil geschlossen, damit die Gasverbrauchsvorrichtung das in der Gasrohrleitung enthaltene Brennstoffgas verbrauchen kann, bis eine Druckdifferenz zwischen den Seiten stromauf und stromab des Abschaltventils einen vorbestimmten Wert annimmt, worauf die Gasverbrauchsvorrichtung abgeschaltet wird, so dass die Abdichtleistung des Abschaltventils verbessert ist (siehe JP 2006-156320A ) .
  • Wenn das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug geringer Größe angebracht wird, ist es schwierig, sowohl den Brennstoffzellenstack als auch den Brennstoffzellenbehälter nahe beieinander anzubringen, weil ein Raum zum Anordnen eines Fahrmotors, des Brennstoffgasbehälters, des Brennstoffzellenstacks und dergleichen begrenzt ist. Wenn der Brennstoffzellenstack und der Brennstoffzellenbehälter entfernt voneinander angeordnet sind, nimmt eine Brennstoffgas-Zuführleitung, die den Brennstoffzellenstack und den Brennstoffzellenbehälter verbindet, in der Länge zu, so dass ein Druckverlust auftritt. In dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem des wassergekühlten Typs ist der Druck des dem Brennstoffzellenstack zuzuführenden Brennstoffgases mindestens 100 kPa (gemessen) oder höher. Daher ist der Einfluss des Druckverlusts, der in dem Brennstoffgas-Zuführweg auftritt, auf den Druck des dem Brennstoffzellenstack zuzuführenden Brennstoffgases nicht signifikant. In dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem des luftgekühlten Typs ist der Druck des dem Brennstoffzellenstack zuzuführenden Brennstoffgases jedoch sehr niedrig und im Wesentlichen gleich einem Atmosphärendruck. Wenn daher der Druckverlust mit einer Zunahme der Länge des den Brennstoffzellenstack mit dem Brennstoffzellenbehälter verbindenden Brennstoffgas-Zuführwegs zunimmt, kann das Brennstoffgas dem Brennstoffzellenstack möglicherweise nicht mit einem erforderlichen Druck zugeführt werden.
  • Ein weiteres Fahrzeug-Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Abschalten desselben sind in der GB 2453126A beschrieben. Ein erstes Paar Ventile bestehend aus einem Dekompressionsventil und einem ersten betätigbaren Magnetventil und ein zweites Paar Ventile bestehend aus einem zweiten betätigbaren Magnetventil und einem Druckminderungsventil sind im Abstand voneinander und in der genannten Reigenfolge in einer Brennstoffleitung von einem Brennstoffbehälter zu einem Brennstoffzellenstack angeordnet.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, das ein Brennstoffgas zu einem Brennstoffzellenstack mit einem geeigneten Druck zuführen kann.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
  • Da das Sekundär-Dekompressionsventil an dem Brennstoffzellenstack angebracht ist, ist es bei dieser Konfiguration möglich, eine Durchgangslänge des Brennstoffgas-Zuführwegs von dem Sekundär-Dekompressionsventil zu dem Brennstoffzellenstack zu verringern. Damit ist es möglich, einen Druckabfall des dem Brennstoffzellenstack zuzuführenden Brennstoffgases aufgrund des Druckverlusts, der an einer stromabwärtigen Seite des Sekundär-Dekompressionsventils an dem Brennstoffgas-Zuführweg auftritt, zu verhindern. Daher ist es gemäß dem Aspekt der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, das Brennstoffgas dem Brennstoffzellenstack mit einem geeigneten Druck während des Betriebs des Brennstoffzellenstacks zuzuführen. Da es außerdem möglich ist, das Sekundär-Dekompressionsventil in einem Zustand, bei dem das Sekundär-Dekompressionsventil an dem Brennstoffzellenstack vorab angebracht ist, an dem Fahrzeug anzubringen und von diesem abzunehmen, sind die Montierbarkeit bzw. Montagefreundlichkeit des Sekundär-Dekompressionsventils und des Brennstoffgas-Zuführwegs und die Wartungsfreundlichkeit verbessert.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Brennstoffgas-Zuführsystems eines Fahrzeug-Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines Layouts des Fahrzeug-Brennstoffzellensystems, das an einem Fahrzeug angebracht ist.
    • 3 ist ein Blockschaltbild des Fahrzeug-Brennstoffzellensystems eines luftgekühlten Typs.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Die 3 ist Blockschaltbild eines Fahrzeug-Brennstoffzellensystems 1. Das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 ist eines vom luftgekühlten Typ, in dem die Luft als ein Reaktionsgas und ein Kühlmittel verwendet wird. In dem Brennstoffzellensystem des luftgekühlten Typs sind Drücke von Brennstoffgas (Wasserstoffgas) und Luft (Oxidationsgas), die einem Brennstoffzellenstack zuzuführen sind, niedrig im Vergleich zu einem Brennstoffzellensystem des wassergekühlten Typs. Ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 ist mit einem Brennstoffzellenstack 2 versehen, in dem eine Vielzahl von Zellen, von denen jede die Mindest-Baueinheit ist, aufeinandergestapelt sind. In dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 wird Hochdruck-Brennstoffgas (komprimiertes Wasserstoffgas), das in einem Brennstoffgasbehälter 3 gespeichert ist, zu einem Brennstoffgas-Zuführweg 4 ausgestoßen, mit Dekompressionsventilen dekomprimiert, hier ein Primär-Dekompressionsventil 5 und ein Sekundär-Dekompressionsventil 6, und wird dann in einen Anoden-Einlassteil 7 des Brennstoffzellenstacks 2 eingeleitet. Das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 hat keinen Hochdruckkompressor, anders als das Brennstoffzellensystem des wassergekühlten Typs, sondern es verwendet über einen Filter 8 in einen Kathoden-Einlassweg 9 eingesaugte Luft als das Reaktionsgas und das Kühlmittel und liefert die Luft durch einen Niederdruck-Gebläselüfter 10 zu einem Kathoden-Einlassteil 11 des Brennstoffzellenstacks 2. Die zu dem Kathoden-Einlassteil 11 des Brennstoffzellenstacks 2 zugeführte Luft wird nicht nur als das Reaktionsgas mit dem Brennstoffgas bei der Energieerzeugungsreaktion in den Zellen, die in dem Brennstoffzellenstack 2 gestapelt sind, sondern auch als Kühlmittel zur Abnahme von Abwärme des Brennstoffzellenstapels 2 zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 2 genutzt. Die Luft nach der Reaktion mit dem Brennstoffzellengas und die Luft nach dem Kühlen des Brennstoffzellenstacks 2 wird von einem Kathoden-Ausstoßteil 12 des Brennstoffzellenstacks 2 zu einem Kathoden-Ausstoßweg 13 ausgestoßen und somit zur Außenluft ausgetragen. Anodenabgas, das von einem Anoden-Abgasteil 14 des Brennstoffzellenstacks 2 zu einem Anoden-Abgasweg 15 ausgestoßen wurde, verbindet sich mit dem Kathoden-Abgas auf dem Weg des Kathoden-Abgaswegs 13 durch ein Ablassventil 16. Wenn das Brennstoffgas, das in dem Anoden-Abgas enthalten ist, abgelassen wird, wird das auszustoßende Brennstoffgas durch das Kathoden-Abgas auf eine geringere Entflammbarkeitsgrenzdichte oder darunter verdünnt und wird dann zur Außenluft ausgetragen.
  • Gemäß der Darstellung in 1 liefert das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 das Brennstoffgas durch den Brennstoffgas-Zuführweg 4 von dem Brennstoffgasbehälter 3 zu dem Brennstoffzellenstack 2. Der Brennstoffgasbehälter 3 besitzt einen Drucksensor 17 und einen Temperatursensor 18. Eine Behälter-Hauptventileinheit 19, eine Primär-Dekompressionsventileinheit 20 und eine Sekundär-Dekompressionsventileinheit 21 sind in dieser Reihenfolge von dem Brennstoffgasbehälter 3 zu dem Brennstoffzellenstack 2 an dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 angeordnet. Die Behälter-Hauptventileinheit 19 ist an dem Brennstoffgasbehälter 3 befestigt und ist mit einem ersten Abschaltventil 23 zum Abschalten des Brennstoffgases, das von einem Ausstoßanschluss 22 des Brennstoffgasbehälters 3 zu dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 ausgestoßen wird, versehen. Die Behälter-Hauptventileinheit 19 ist mit einem Brennstoffgas-Einblasweg 25 zum Einblasen des Brennstoffgases durch einen Einblasanschluss 24 des Brennstoffgasbehälters 3 versehen. Der Brennstoffgas-Einblasweg 25 ist daran mit einem Rückschlagventil 26 und einem Behälter-Sicherheitsventil 27 versehen. Die Primär-Dekompressionsventileinheit 20 ist an dem Brennstoffgasbehälter 3 angrenzend an die Behälter-Hauptventileinheit 19 befestigt und ist mit einem Filter 28 zum Herausfiltern des zu dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 und dem Primär-Dekompressionsventil 5 ausgestoßenen Brennstoffgases versehen. Die Sekundär-Dekompressionsventileinheit 21 ist an dem Brennstoffzellenstack 2 befestigt und mit einem zweiten Abschaltventil 29 zum Abschalten des Brennstoffgases, das zu dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 und dem Sekundär-Dekompressionsventil 6 ausgestoßen wird, versehen. Das erste Abschaltventil 23 ist an dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 an einer stromaufwärtigen Seite des Primär-Dekompressionsventils 5 angeordnet. Das zweite Abschaltventil 29 ist an einer Brennstoffgas-Eintrittsseite des Sekundär-Dekompressionsventils 6 und an einer unmittelbar stromaufwärtigen Seite des Sekundär-Dekompressionsventils 6 angebracht. In dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 sind das Primär-Dekompressionsventil 5 und das Sekundär-Dekompressionsventil 6 an dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite angeordnet.
  • Anders ausgedrückt ist das Sekundär-Dekompressionsventil 6 an dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 an einer stromabwärtigen Seite des Primär-Dekompressionsventils 5 angeordnet. Eine Steuervorrichtung 30 ist so konfiguriert, dass sie das zweite Abschaltventil 29 vor dem ersten Abschaltventil 23 zu dem Zeitpunkt einer Abschaltoperation des Brennstoffzellenstacks 2 schließt. Das Sekundär-Dekompressionsventil 6 ist an dem Brennstoffzellenstack 2 befestigt. Das Sekundär-Dekompressionsventil 6 ist konfiguriert, um das Brennstoffgas auf einen Druck zu dekomprimieren, der nahe dem Atmosphärendruck ist, und um das Brennstoffgas zu dem Anoden-Einlassteil 7 des Brennstoffzellenstack 2 zuzuführen. Der Brennstoffzellenstack 2 verwendet die Luft mit dem Druck nahe dem Atmosphärendruck sowohl als das Reaktionsgas als auch als das Kühlmittel.
  • Gemäß der Darstellung in 2 ist das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 an einem Fahrzeug 31 angebracht. In dem Fahrzeug 31 ist ein Rücksitz 34 an einer hinteren Bodenplatte 33 zwischen Hinterrädern 32 angeordnet, und ein Kofferraum 35 ist an der hinteren Bodenplatte 33 hinter dem Rücksitz 34 ausgebildet. In dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 ist der Brennstoffzellenstack 2 unter der hinteren Bodenplatte 33 montiert, an der der Kofferraum 35 ausgebildet ist, und der Brennstoffgasbehälter 3 ist unter der hinteren Bodenplatte 33, an der der Rücksitz 34 angeordnet ist, angebracht. Das Brennstoffgas in dem Brennstoffgasbehälter 3, das das erste Abschaltventil 23 der Behälter-Hauptventileinheit 19 passiert, wird durch das Primär-Dekompressionsventil 5 der Primär-Dekompressionsventileinheit 20 dekomprimiert und dann zu dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 ausgestoßen. Das Brennstoffgas, das den Brennstoffgas-Zuführweg 4 passiert, wird durch das Sekundär-Dekompressionsventil 6 der Sekundär-Dekompressionsventileinheit 21, welches mit dem Brennstoffzellenstack 2 integriert ist, auf einen Druck im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck dekomprimiert und dann dem Anoden-Einlassteil 7 des Brennstoffzellenstacks 2 durch ein Verbindungsrohr 36 zugeführt. An der Peripherie des Brennstoffgasbehälters 3 sind der Brennstoffgasbehälter 3, das erste Abschaltventil 23 und das Primär-Dekompressionsventil 5 durch einen korbartigen Rahmen 37 integriert und an dem Fahrzeug 31 angebracht. An der Peripherie des Brennstoffzellenstacks 2 sind der Brennstoffzellenstack 2 und das Sekundär-Dekompressionsventil 6 durch einen korbartigen Rahmen 38 integriert und an dem Fahrzeug 31 angebracht.
  • Das dem Brennstoffzellenstack 2 zugeführte Brennstoffgas ist in dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 vom luftgekühlten Typ hinsichtlich des Drucks des Brennstoffgases sehr niedrig und im Wesentlichen derselbe wie der Atmosphärendruck. Somit wird, wenn der Brennstoffzellenstack 2 und der Brennstoffgasbehälter 3 voneinander entfernt angeordnet sind, der den Brennstoffzellenstack 2 und den Brennstoffgasbehälter 3 verbindende Brennstoffgas-Zuführweg 4 an Länge zunehmen, so dass ein Druckverlust auftritt. Infolgedessen tritt ein Problem dahingehend auf, dass das Brennstoffgas dem Brennstoffzellenstack 2 nicht mit einem erforderlichen Druck zugeführt wird. Bei dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 des luftgekühlten Typs wird das Brennstoffgas typischerweise in zwei Schritten über das Primär-Dekompressionsventil 5 und das Sekundär-Dekompressionsventil 6 dekomprimiert. Um das Problem zu lösen, dass der Druck des Brennstoffgases aufgrund des Druckverlusts vermindert ist, integriert das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Sekundär-Dekompressionsventil 6 mit dem Brennstoffzellenstack 2 und befestigt das Sekundär-Dekompressionsventil 6 an dem Fahrzeug 31. Obwohl das Sekundär-Dekompressionsventil 6 unmittelbar hinter dem Primär-Dekompressionsventil 5 und unmittelbar vor dem Brennstoffzellenstack 2 befestigt werden kann, ist unter Berücksichtigung des Druckverlusts das Sekundär-Dekompressionsventil 6 mit dem Brennstoffzellenstack 2 integriert und dann bei dieser Ausführungsform an dem Fahrzeug gemäß der Darstellung in 2 angebracht. Gemäß dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 ist es möglich, da das Sekundär-Dekompressionsventil 6 an dem Brennstoffzellenstack 2 befestigt ist, eine Leitungslänge des Brennstoffgas-Zuführwegs 4 von dem Sekundär-Dekompressionsventil 6 zu dem Brennstoffzellenstack 2 zu verringern. Somit ist es möglich, die Verminderung des Drucks des Brennstoffgases, das dem Brennstoffzellenstack 2 zuzuführen ist, aufgrund des Druckverlusts, der an der stromabwärtigen Seite des Sekundär-Dekompressionsventils 6 an dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 auftritt, zu verhindern. Daher kann bei dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 das Brennstoffgas während des Betriebs des Brennstoffzellenstacks 2 zu dem Brennstoffzellenstack 2 mit einem geeigneten Druck geführt werden. Da es möglich ist, das Sekundär-Dekompressionsventil 6 an dem Fahrzeug in einem Zustand anzubringen und zu entfernen, bei dem das Sekundär-Dekompressionsventil 6 an dem Brennstoffzellenstack 2 vorab angebracht ist, ist gemäß dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 die Montierbarbeit bzw. Montagefreundlichkeit des Sekundär-Dekompressionsventils 6 und des Brennstoffgas-Zuführwegs verbessert und die Wartbarkeit ist ebenfalls verbessert.
  • In dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 verbindet ein Brennstoffgas-Zuführweg 4 den Brennstoffgasbehälter 3 und den Brennstoffgasstack. Wenn das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 durch eine bestimmte Steuerung wie beispielsweise das Anhalten des Fahrzeugs 31 abgeschaltet wird, wird das erste Abschaltventil 23 des Brennstoffgasbehälters 3 geschlossen. Unmittelbar nachdem das erste Abschaltventil 23 geschlossen ist, verbleibt jedoch das Hochdruckbrennstoffgas in dem Brennstoffgas-Zuführweg 4, so dass das Brennstoffgas dem Brennstoffzellenstack 2 zugeführt wird, bis der Eingangsdruck zu dem Sekundär-Dekompressionsventil 6 verringert ist. Da bei dem Brennstoffzellensystem des luftgekühlten Typs die Luft immer zugeführt wird, wird der Brennstoffzellenstack 2 bei einer offenen Schaltungsspannung (eine Potenzialdifferenz in einem Zustand, bei dem keine Last von außen anliegt) gehalten. Wenn der Start und das Abschalten wiederholt ausgeführt werden, bleibt in dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 der Zustand der offenen Schaltungsspannung lange bestehen, so dass die Verkürzung der Lebensdauer des Brennstoffzellenstacks 2 beschleunigt wird. Außerdem wird die hohe Spannung gehalten, so dass die Sicherheit vermindert ist. Außerdem ist der Verbrauch des Brennstoffgases, das in dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 verbleibt, von einem Standpunkt der Steuerung nicht originär notwendig. Daher nimmt der unnötige Verbrauch des Brennstoffgases zu, so dass eine Fahrstrecke des Fahrzeugs 31 verkürzt ist. Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ist es bevorzugt, dass eine Entfernung zwischen dem zweiten Abschaltventil 29 und dem zweiten Dekompressionsventil 6 kurz gewählt ist. Somit wird gemäß dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 das zweite Abschaltventil 29 an der Brennstoffgas-Eintrittsseite des Sekundär-Dekompressionsventils 6 angebracht. Außerdem ist gemäß dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 das erste Abschaltventil 23 an der stromaufwärtigen Seite des Primär-Dekompressionsventils 5 an dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 angeordnet und das zweite Abschaltventil 29 wird vor dem ersten Abschaltventil 23 zum Zeitpunkt des Abschaltvorgangs des Brennstoffzellenstacks 2 geschlossen. Dadurch ist es gemäß dem Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 möglich, ein Volumen eines Raums in dem Brennstoffgas-Zuführweg an einer stromabwärtigen Seite des zweiten Abschaltventils 29 zu verringern und die Rohrleitung zwischen dem Sekundär-Dekompressionsventil 6 und dem zweiten Abschaltventil 29 zu verkürzen, wodurch die Anzahl von Teilen verringert wird. Da außerdem das zweite Abschaltventil 29 vor dem ersten Abschaltventil 23 zum Zeitpunkt des Abschaltvorgangs des Brennstoffzellenstacks 2 geschlossen wird, ist es möglich, eine Menge des Brennstoffgases, das dem Brennstoffzellenstack 2 nach dem Schließen des zweiten Abschaltventils 29 zuzuführen ist, zu verringern, wodurch ein Fortdauern der Energieerzeugung verhindert wird. Daher ist es möglich, den unnötigen Verbrauch des Brennstoffgases zu vermeiden, der auftritt, wenn das Extra-Brennstoffgas dem Brennstoffzellenstack 2 nach dem Abschaltvorgang des Brennstoffzellenstacks 2 zugeführt wird. Da es außerdem möglich ist, ein Halten des Brennstoffzellenstacks 2 bei einer hohen Spannung für eine lange Zeit zu verhindern, die hervorgerufen wird, wenn die Energieerzeugung länger fortdauert, ist die Sicherheit erhöht. Nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstacks 2 stoppt, wird das Brennstoffgas in einem Teil des Brennstoffgas-Zuführwegs 4, der zwischen dem Primär-Dekompressionsventil 5 und dem zweiten Abschaltventil 29 eingefügt ist, eingeschlossen, so dass ein Innendruck des entsprechenden Teils bei einem vorbestimmten Druck gehalten wird. Daher kann, wenn der Brennstoffzellenstack 2 das nächste Mal gestartet wird, verhindert werden, dass der Innendruck des Teils, der zwischen dem Primär-Dekompressionsventil 5 und dem zweiten Abschaltventil 29 an dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 eingefügt ist, sich extrem verändert (indem die Druckbeaufschlagung und die Dekompression wiederholt werden). Daher ist es möglich, die Haltbarkeit der Rohrleitung oder von Dichtungsteilen, die an dem Teil angeordnet sind, der zwischen dem Primär-Dekompressionsventil 5 und dem zweiten Abschaltventil 29 eingefügt ist, zu verbessern.
  • Das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 besitzt außerdem eine Struktur, bei der das Sekundär-Dekompressionsventil 6 das Brennstoffgas auf einen Druck dekomprimiert, der nahe dem Atmosphärendruck ist. In diesem Fall wird der Druck des Brennstoffgases, das dem Brennstoffzellenstack 2 zugeführt wird, stark durch den Druckverlust beeinflusst, der in dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 an der stromabwärtigen Seite des Sekundär-Dekompressionsventils 6 auftritt. Daher wird der vorteilhafte Effekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung noch deutlicher, dass, gemäß der Darstellung in 2, wenn das Sekundär-Dekompressionsventil 6 in der Umgebung der Brennstoffgas-Eintrittsseite des Brennstoffzellenstacks 2 angebracht ist, es möglich ist, die Druckminderung des Brennstoffgases, das dem Brennstoffzellenstack 2 zuzuführen ist, zu verhindern, die aufgrund des Druckverlusts hervorgerufen würde, der an der stromabwärtigen Seite des Sekundär-Dekompressionsventils 6 auftritt. Das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 ist ferner ein Brennstoffzellenstack des luftgekühlten Typs, bei dem der Brennstoffzellenstack 2 die Luft mit einem Druck nahe dem Atmosphärendruck als Reaktionsgas und als Kühlmittel verwendet. Wenn die Struktur der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf den Brennstoffzellenstack des luftgekühlten Typs angewendet wird, bei dem der Brennstoffzellenstack 2 die Luft mit dem Druck nahe dem Atmosphärendruck als Reaktionsgas und als Kühlmittel verwendet, wird der vorteilhafte Effekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung noch deutlicher spürbar.
  • Gemäß der Darstellung in 2 besitzt das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 die Struktur, bei der der Brennstoffgasbehälter 3, das erste Abschaltventil 23 und das Primär-Dekompressionsventil 5 durch einen korbartigen Rahmen 37 an der Peripherie des Brennstoffgasbehälters 3 integriert sind, und der Brennstoffgasstack 2 und das Sekundär-Dekompressionsventil 6 durch einen korbartigen Rahmen 38 an der Peripherie des Brennstoffgasstacks 2 integriert sind. Die integrierten Teile werden vorab vorbereitet, so dass das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 an dem Fahrzeug 31 durch einen einfachen Montagevorgang der zwei korbartigen Rahmen 37, 38 an dem Fahrzeug 31 angebracht werden kann und dann durch eine Verbindung derselben mit dem Brennstoffgas-Zuführweg 4 erfolgt. Daher sind die Montierbarkeit bzw. Montagefreundlichkeit an dem Fahrzeug 31 und die Wartbarkeit verbessert. Bei der obigen Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem 1 angewandt, bei dem das Brennstoffgas in zwei Stufen durch das Primär-Dekompressionsventil 5 und das Sekundär-Dekompressionsventil 6 dekomprimiert wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die zweistufige Dekompression beschränkt und kann auf die einstufige Dekompression angewandt werden.
  • Die Erfindung kann den Druckverlust des Brennstoffgases, das dem Brennstoffzellenstack zuzuführen ist, welcher an dem Fahrzeug montiert ist, verringern und die Montierbarkeit bzw. Montagefreundlichkeit und die Wartbarkeit verbessern, und kann auf das Brennstoffzellensystem des wassergekühlten Typs sowie das Brennstoffzellensystem des luftgekühlten Typs angewandt werden.

Claims (2)

  1. Ein Fahrzeug-Brennstoffzellensystem (1), mit: einem Brennstoffgasbehälter (3), einem Brennstoffzellenstack (2), wobei der Brennstoffzellenstack (2) vom luftgekühlten Typ ist, bei dem Luft mit einem Druck nahe dem Atmosphärendruck sowohl als Reaktionsgas als auch als Kühlmittel verwendet wird, einem Brennstoffgas-Zuführweg (4), der konfiguriert ist, um ein Brennstoffgas von dem Brennstoffgasbehälter (3) zu dem Brennstoffzellenstack (2) zuzuführen, einem Primär-Dekompressionsventil (5), das in dem Brennstoffgas-Zuführweg (4) angeordnet ist, einem Sekundär-Dekompressionsventil (6), das in dem Brennstoffgas-Zuführweg (4) an einer stromabwärtigen Seite des Primär-Dekompressionsventils (5) angeordnet ist, wobei das Sekundär-Dekompressionsventil (6) mit dem Brennstoffzellenstack (2) integriert ist, einem ersten Abschaltventil (23), das in dem Brennstoffgaszuführweg (4) an einer stromaufwärtigen Seite des Primär-Dekompressionsventils (5) angeordnet ist, und einem zweiten Abschaltventil (29), das an einer Brennstoffgas-Einlasseite des Sekundär-Dekompressionsventils (6) angeordnet ist, und einer Steuervorrichtung (30), die das zweite Abschaltventil (29) bei einem Abschaltvorgang des Brennstoffzellenstacks (2) vor dem ersten Abschaltventil (23) schließt.
  2. Das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Sekundär-Dekompressionsventil (6) so konfiguriert ist, dass es das Brennstoffgas auf einen Druck dekomprimiert, der nahe dem Atmosphärendruck ist. 3. Das Fahrzeug-Brennstoffzellensystem (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Sekundär-Dekompressionsventileinheit (21), die mit dem Sekundär-Dekompressionsventil (6) versehen und an dem Brennstoffzellenstack (2) befestigt ist.
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